岩土工程师辅导：砂岩和洞石幕墙板材的选用

　　一、砂岩和洞石砂岩和洞石都是沉积岩，强度低，吸水率高，耐候性差，本不是石材幕墙面板的理想用材，但是砂岩和洞石独有的质感、颜色和风格，使得建筑师又很喜欢将它们用作石材幕墙。

　　因此，如何选用这些石材面板，最大限度地保证安全，就是一个很重要的问题，必须慎重对待。

　　砂岩由细颗粒的砂子胶结而成，自然表面是粗糙的细颗粒状。砂岩的物理力学性能因产地不同有很大的差别，有些澳大利亚黄砂岩和意大利黄砂岩，抗弯强度可能小于3MPa，而四川隆昌的绿砂岩硬如磨刀石，抗弯强度可达到10MPa以上，接近于花岗岩。

　　有些砂岩较为致密，吸水率可以低于2.5%，而有些砂岩吸水率超过6%.因此不同的砂岩，其饱和抗弯强度和冻融系数有较大的差别。有些砂岩，如四川、广东的红砂岩，吸水后还会有软化现象，有些红砂岩长期潮湿后甚至变为泥土状，这样的红砂岩用于幕墙是不大合适的，不得不用时，应采取更有效的措施。

　　洞石是商品名称，常指多孔石灰岩和多孔凝灰岩，石材内含有许多孔洞。孔洞直径和分布密度与石材种类和产地有关。其共同特点是强度低、质地疏松、孔洞内容易积水、抗冻融性能和耐候性都较差。有些强度很低的洞石，加工好的石板甚至在运输过程中就断裂、破碎。

　　因此，砂岩和洞石的性能比花岗岩差得很多，容易产生安全方面的问题。业主和设计师选砂岩和洞石作为幕墙面板，一定要事先慎重考虑。

　　二、砂岩和洞石用于幕墙的基本条件砂岩和洞石自身材性较差，总体而言不推荐用于幕墙。

　　如果建筑设计非用不可，则至少应考虑以下最低要求：

　　(一)用于幕墙的石板，每批都应进行抗弯强度试验，其试验值应符合以下要求：幕墙高度不超过80m时，试验平均值不低于5N/mm2，试验最小值不低于4 N/mm2;

　　幕墙高度超过80m时，试验平均值不低于6 N/mm2，试验最小值不低于4.5 N/mm2.单向受力的石板，在主要受力方向应满足以上要求;双向受力的石板，在两个受力方向上都应符合以上要求。

　　(二)石板不应夹杂软弱的条纹和软弱的矿脉。洞石的孔洞不宜过密，直径不宜大于3mm，更不应有通透的孔洞。

　　(三)吸水率不宜大于6%，加涂防水面层后不宜大于1%.

　　(四)冻融系数不宜小于0.8，不得小于0.6.

　　(五)石板不应有裂缝，也不能折断，不得将断裂的石板胶粘后上墙。

　　三、基本材性试验不同产地的岩砂和洞石材性差别很大，在确定采用石材的矿坑前，应进行基本的材性试验。

　　(一)抗弯试验。

　　确定矿点时，抗弯试验件要能代表该矿场各个不同的开采点，试件数目一般不少于20个。以后从各开采点采出的石材，每批应有抗弯试验报告，一般不少于10个试件。分别进行干燥抗弯强度试验和饱和抗弯强度试验，干燥抗弯强度是材性的基本指标。饱和抗弯强度有利了解石材对水的敏感性。

　　试验时采用净石材试件，不宜附有增强层和复合层。

　　(二)吸水率未经表面防水处理的石材和经防水处理的石材都应进行试验，经防水处理后的石板，吸水率不宜大于1%.

　　(三)冻融系数冻融系数指经过一定次数冻融循环后的抗弯强度与未经冻融循环的抗弯强度的比值。它决定了该种石材能否在寒冷地区应用。在有可能出现负温度的地区，应进行这项试验。

　　四、对板材的基本要求只有通过基本材性试验，确认能符合本文第二节的基本条件后，这种砂岩或洞石才可以加工为面板板材，用于幕墙工程。

　　加工完成的石材面板，还应符合以下的基本要求：

　　(一)板材厚度抗弯试验表明：厚度大的石板，其抗弯强度低于厚度小的石板。但是由于板的承载能力和厚度的平方成正比，厚的石板承载能力还是比薄的石板要大一些。

　　砂岩和洞石板材的最小厚度可由抗弯强度标准值fk来决定：fk≥8.0MPa时，最小厚度35mm. 4.0≤fk<8.0MPa时，最小厚度40mm.抗弯强度标准值fk是其试验平均值减去1.645倍标准差。

　　(二)板材的尺寸砂岩和洞石强度低，因此板材的尺寸不宜过大，一般应控制在1.0m2以内。不宜采用细长的条状石板，这种石板在运输、安装过程中很容易折断。石板的边长比最好在1∶2以内，不宜超过1∶3.

　　(三)表面处理砂岩和洞石吸水性很高，应采用防水涂料使其吸水率降至1%以下。

　　防水剂可采用有机氟或有机硅涂料，一般情况下要求涂料应透气，不形成膜，涂料也不应改变石板的光泽和颜色。由于防水涂料寿命通常不超过5年，涂料要能多次涂刷。

　　采用注胶板缝的石材幕墙，石板可以只做外表面大面防水;采用开放式板缝时，石板应进行六面防水。

　　孔洞较大、孔洞数量太多的洞石，宜进行封孔处理。

　　防水处理要在全部槽、孔机械加工完毕、清洁和干燥后再进行。

　　(四)背面复合层砂岩和洞石是强度低、容易破碎、耐候性差的石材，为防止万一破碎后坠落伤人，应在板材背面粘贴玻璃纤维布或者其它复合材料。

　　五、特殊情况处理不合要求的石材不能使用，这是常理。

　　但是目前个别工程，由于多方因素和不得已的原因，未经技术论证和可行性分析就已将砂岩和洞石采购、加工完毕。有些工程石板已运到现场，甚至安装上墙，事后才发现所选石材不符合本文第二节中所描述的基本条件，因而面临上下两难的境地。这些不符合条件的石板，无论上墙还是不上墙，都要面临很大的风险。

　　按常理，不符合基本要求的石板是不能上墙的，更换板材无疑是最稳妥的决策，也是最佳的选择。但是事实既成，换板会面对各方面的巨大压力，业主和相关人员都难以承受。在这种不得已的情况下，只能退而求其次，进行严格的技术论证，采取特殊的安全措施。即使为此要增加工程费用也要在所不惜，因为安全是无价的。

　　某石材幕墙高40m，面积7000m2.未经充分技术论证就决定购进一种澳大利亚黄砂岩，而且已大量加工，不少还是长条板。在运输过程中许多板材断裂、破碎，但仍将一些断裂板材用环氧胶粘结后勉强安装上墙。安装后的板材有些还继续开裂。不得不补行材性试验，最低抗弯强度仅2 N/mm2;浇水时吸水如同红砖。这种石材不符合幕墙使用要求，但由于多方原因已无退路，只能采取一些补救措施来提高使用的安全性：全部拆除已经上墙的数千平方米石板;重新严格挑选石板，开裂、崩边、掉渣、松散石板全部剔除;已断裂又用环氧胶粘结的石板全部清出场外;所有上墙石板用优质防水涂料进行六面防水;石板背面粘结1mm厚的玻璃纤维布树脂复合层;所有石板附加铝型材框，框由各边边框和背面加强肋构成整体，用螺钉与石板固定;所有长条板改为沿长边支承，相应增加铝支柱。今后，还要随时检查、观察。如果有较多石板开裂、损坏时，则将幕墙拆除重建。这些措施无疑大大增加幕墙造价和今后维护、重建费用，但事已至此，只能这样办，宁愿付出高昂代价而留下一个经验教训。

　　六、小结

　　将砂岩和洞石用于幕墙工程，安全问题是头等大事。决策之前要慎重考虑。首先要进行技术论证和可行性分析;要充分了解所选用石材的材性;进而要慎重进行设计，尽可能减小面板尺寸，尽可能避免采用长条板;最后实施时要采用机械进行板材孔、槽加工;避免运输安装时撞击石板;精心进行面板安装。总之，要采取多种综合措施，防止安全隐患，以防事后付出高昂的代价。

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